Percezione del movimento

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Ernesto Pisani
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Corso di Principi e Modelli della Percezione Prof. Giuseppe Boccignone Dipartimento di Scienze dell Informazione Università di Milano boccignone@dsi.unimi.

1 Corso di Principi e Modelli della Percezione Prof. Giuseppe Boccignone Dipartimento di Scienze dell Informazione Università di Milano boccignone@dsi.unimi.it L impressione percettiva che un oggetto nel nostro campo visivo si è mosso o si sta muovendo Perchè è importante il movimento? Quali sono le basi neurobiologiche? Come è rilevato (motion detection)? Come possiamo modellarlo?

2 //importanza Segregazione di figura e sfondo: il moto relativo identifica oggetti //importanza Navigazione

3 //importanza Strutture tridimensionali: effetto cinetico di profondità //importanza Il tipo di movimento congruo allo spostamento di agenti biologici (i.e., umani, animali)

//movimento del prim ordine E rappresentabile come un

4 //movimento del prim ordine di un oggetto dovuta a un cambiamento di luminanza rispetto allo sfondo //movimento del prim ordine E rappresentabile come un pattern continuo spazio-temporale in coordinate (x,y,t) o (x,t)

un moto reale per attivarsi //movimento del prim ordine: moto apparente Fenomeno phi: movimento apparente dovuto a impulsi luminosi in

5 //movimento del prim ordine: moto apparente E l illusoria impressione di un movimento creata dalla accensione in tempi diversi ed in rapida successione di luci statiche Scoperto da Sigmund Exner (1875) I circuiti neurali deputati all analisi del moto non necessitano di un moto reale per attivarsi //movimento del prim ordine: moto apparente Fenomeno phi: movimento apparente dovuto a impulsi luminosi in sequenza E la base del cinema: la persistenza della visione sulla retina implica che ad un certo frame-rate (12 fps) si inizia a percepire il movimento

6 : //rilevare il movimento del primo ordine Come è possibile costruire un detettore per il movimento? Va considerato il cambiamento di posizione nel tempo Quindi è un buon inizio considerare due recettori adiacenti divisi da una distanza stabilita e fissa //livello neurofisiologico Come è possibile costruire un detettore per il movimento? Va considerato il cambiamento di posizione nel tempo Quindi è un buon inizio considerare due recettori adiacenti divisi da una distanza stabilita e fissa

//livello neurofisiologico: il detettore di Reichardt //livello neurofisiologico: il detettore di Reichardt E possibile ottenere semplici detettori di moto

7 //livello neurofisiologico: il detettore di Reichardt //livello neurofisiologico: il detettore di Reichardt E possibile ottenere semplici detettori di moto attraverso filtri lineari che ritardano l informazione e la integrano fra loro attraverso somme (tali detettori devono essere seguiti da strutture non lineari)

8 //livello neurofisiologico: il detettore di Reichardt stimolo filtro passa basso filtro passa alto //livello neurofisiologico: il detettore di Reichardt Il modello di Reichardt è stato costruito per la mosca Cosa succede nel nostro cervello?

//la corteccia striata: selezione informazione Via

parvicellulare- blob: percezione dei colori e

binoculari tridimensionalità dell oggetto magnocellulare:

9 //la corteccia striata: selezione informazione Via magnocellulare: localizzazione e movimento (dove) Vie parvicellulare- blob: percezione dei colori e parvicellulare-interblob: analisi delle forme (cosa) Vie binoculari tridimensionalità dell oggetto //la corteccia striata: selezione informazione Via magnocellulare: localizzazione e movimento (dove)

impulsiva di filtri spaziotemporali Questi possono essere visti come somma nel tempo di filtri

10 //la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen La risposta dei neuroni sensibili al movimento è modellata come la risposta impulsiva di filtri spaziotemporali //la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen La risposta dei neuroni sensibili al movimento è modellata come la risposta impulsiva di filtri spaziotemporali Questi possono essere visti come somma nel tempo di filtri spaziali di Gabor

11 //la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen La risposta dei neuroni sensibili al movimento è modellata come la risposta impulsiva di filtri spaziotemporali Questi possono essere visti come somma nel tempo di filtri spaziali di Gabor Essendo filtri lineari sono separabili nelle varie componenti spaziali e temporali (ovvero si ottengono moltiplicando le varie componenti //la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen La risposta dei neuroni sensibili al movimento è modellata come la risposta impulsiva di filtri spaziotemporali Questi possono essere visti come somma nel tempo di filtri spaziali di Gabor Essendo filtri lineari sono separabili nelle varie componenti spaziali e temporali (ovvero si ottengono moltiplicando le varie componenti

12 //la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen La risposta di questi può essere combinata per ottenere la risposta impulsiva di neuroni sensibili per il movimento verso destra o verso sinistra //la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen

13 //la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen //la corteccia striata: modello di Adelson-Bergen Evidenze sperimentali nella V1

14 //Post illusione di movimento //Post illusione di movimento

15 //Post illusione di movimento //Post illusione di movimento

16 //Post illusione di movimento //Post illusione di movimento

//Post illusione di movimento L illusione del movimento di un oggetto stazionario dopo una prolungata esposizione ad un movimento reale L esistenza di tale illusione implica l esistenza di processi

17 //Post illusione di movimento L illusione del movimento di un oggetto stazionario dopo una prolungata esposizione ad un movimento reale L esistenza di tale illusione implica l esistenza di processi di opponenza per la percezione del movimento tipo quelli attivi per la percezione del colore //movimento del second ordine Movimento di primo ordine: Movimento di un oggetto definito da differenze di luminanza Movimento di secondo ordine: Il movimento di un oggetto definito da cambiamenti di contrasto o texture ma non di luminanza

//movimento del second ordine Movimento di secondo ordine: Il movimento di un oggetto definito da cambiamenti di contrasto o texture ma non di luminanza Il modello di Adelson e Bergen non è in grado

18 //movimento del second ordine Movimento di secondo ordine: Il movimento di un oggetto definito da cambiamenti di contrasto o texture ma non di luminanza Il modello di Adelson e Bergen non è in grado di rilevarlo //movimento del second ordine Movimento di secondo ordine: Il movimento di un oggetto definito da cambiamenti di contrasto o texture ma non di luminanza Il modello di Adelson e Bergen non è in grado di rilevarlo

19 //movimento del second ordine: soluzione Movimento di secondo ordine: Il movimento di un oggetto definito da cambiamenti di contrasto o texture ma non di luminanza Il modello di Adelson e Bergen non è in grado di rilevarlo Occorre introdurre una non linearità per rilevare la tessitura //movimento del second ordine: soluzione

20 //il problema dell apertura Apertura: L apertura è una fessura che permette solamente una visione parziale dell oggetto. //il problema dell apertura Apertura: L apertura è una fessura che permette solamente una visione parziale dell oggetto. Il problema della corrispondenza (di moto): Il porblema affrontato dai detettori di movimento per sapere quale feature presente in un frame N, corrisponde ad una particolare feature del frame N-1 Il problema dell apertura: Riguarda il fatto che quando un oggetto in movimento è visto attraverso una fessura, localmente (a livello dell analisi di un detettore cioè) la direzione del movimento può risultare ambigua

//il problema dell apertura //il problema dell apertura Apertura: L apertura è una fessura che permette solamente una visione parziale dell oggetto.

21 //il problema dell apertura //il problema dell apertura Apertura: L apertura è una fessura che permette solamente una visione parziale dell oggetto. Il problema della corrispondenza (di moto): Il porblema affrontato dai detettori di movimento per sapere quale feature presente in un frame N, corrisponde ad una particolare feature del frame N-1 Il problema dell apertura: Riguarda il fatto che quando un oggetto in movimento è visto attraverso una fessura, localmente (a livello dell analisi di un detettore cioè) la direzione del movimento può risultare ambigua Poiché i neuroni di V1 vedono il mondo attraverso piccole finestre (i loro campi recettivi) questo porta al ben noto problema dell apertura

22 //Movimento componente e movimento globale //Detezione del movimento globale

23 //Detezione del movimento globale Abbiamo degli indizi per individuare la posizione nel sistema percettivo dei detettori di moto globale: Lesioni negli strati magnocellulari del Corpo Genicolato Laterale rendono deficitaria la percezione di oggetti grandi ed in movimento rapido Lobo Temporale mediale: Gioca un ruolo molto importante nella percezione del movimento La maggior parte dei neuroni in MT sono sensibili ad una particolare direzione di movimento //Detezione del movimento globale

24 //Detezione del movimento globale Lobo Temporale mediale: Gioca un ruolo molto importante nella percezione del movimento La maggior parte dei neuroni in MT sono sensibili ad una particolare direzione di movimento //Detezione del movimento globale Il paradigma di Newsome e Pare

//Detezione del movimento globale Da esperimenti sulle scimmie (Newsome e Pare, 1988) Utilizzavano scimmie addestrate a percepire il movimento di

del movimento in una direzione dei pallini) 10 volte più alto rispetto a prima Svantaggi dell usare i metodi di lesionamento selettivo per lo studio

25 //Detezione del movimento globale Da esperimenti sulle scimmie (Newsome e Pare, 1988) Utilizzavano scimmie addestrate a percepire il movimento di punti correlati Le aree MT delle scimmie venivano lesionate Risultati: Le scimmie necessitavano di un livello di segnale (in termini di robustezza del movimento in una direzione dei pallini) 10 volte più alto rispetto a prima Svantaggi dell usare i metodi di lesionamento selettivo per lo studio del moto: Sono metodi invasivi Le lesioni possono essere incomplete o danneggiare altre aree oltre a quelle di interesse //Detezione del movimento globale

26 //Detezione del movimento globale: risultato Ci sono prove molto robuste sia fisiologiche che comportamentali a sostegno dell idea che l area MT sia coinvolta nella percezione globale del movimento

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